(12分)如圖(a)為一研究電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖,其中電流傳感器(電阻不計(jì))能將各時(shí)刻的電流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過數(shù)據(jù)采集器傳輸給計(jì)算機(jī),經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上同步顯示出I-t圖像。平行且足夠長的光滑金屬軌道的電阻忽略不計(jì),導(dǎo)軌平面與水平方向夾角θ=30°。軌道上端連接一阻值R=1.0Ω的定值電阻,金屬桿MN的電阻r=0.5Ω,質(zhì)量m=0.2kg,桿長L=1m跨接在兩導(dǎo)軌上。在軌道區(qū)域加一垂直軌道平面向下的勻強(qiáng)磁場,閉合開關(guān)s,讓金屬桿MN從圖示位置由靜止開始釋放,其始終與軌道垂直且接觸良好。此后計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出如圖(b)所示的,I-t圖像(g取10m/s2),求:

(1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和在t=0.5s時(shí)電阻R的熱功率;
(2)估算0~1.2s內(nèi)通過電阻R的電荷量及在R上產(chǎn)生的焦耳熱;
(3)若在2.0s時(shí)刻斷開開關(guān)S,請(qǐng)定性分析金屬桿MN 0~4.0s末的運(yùn)動(dòng)情況;并在圖(c)中定性畫出金屬桿MN 0~4.0s末的速度隨時(shí)間的變化圖像。

(1)B=0.625T;1.21W;(2)1.29C(1.26C~1.35C格均正確);1.2J(1.152J~1.296J均正確);(3)圖像如圖所示。

解析試題分析:(1)由I-t圖像可知,當(dāng)金屬桿達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流為1.60A,
桿受力平衡:mgsinθ=BIL   (1分)
解得(1分)
由圖可知,當(dāng)t=0.5s時(shí),I=1.10A;
P=I2R=1.102×1.0W=1.21W          (1分)
(2)1.2s內(nèi)通過電阻的電量為圖線與t軸包圍的面積,由圖知:
總格數(shù)為129格(126~135格均正確)
q=129×0.1×0.1C=1.29C(1.26C~1.35C格均正確)   (1分)
由圖知:1.2s末桿的電流I=1.50A   (1分)

(1分)

(3.024m~3.24m均正確)(1分)
(1分)

=(1.728J~1.944J均正確)(1分)
(1.152J~1.296J均正確)(1分)
(3)由圖像分析,金屬桿在1.6s內(nèi)隨著位移的變大,做加速度逐漸變小的速度變大的直線運(yùn)動(dòng);1.6s~2.0s內(nèi)隨著位移的變大,做勻速直線運(yùn)動(dòng);2.0s時(shí)刻斷開電鍵,2.0s~4.0s金屬桿做勻加速直線運(yùn)動(dòng),其加速度為a=5m/s2。(1分)圖像(1分)
考點(diǎn):安培力、平衡力、牛頓第二定律,能量守恒定律,電磁感應(yīng)定律的計(jì)算。

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:單選題

如圖所示,MN、PQ為水平放置的平行導(dǎo)軌,通電導(dǎo)體棒ab垂直放置在導(dǎo)軌上,已知導(dǎo)體棒的質(zhì)量m=1kg,長l=2.0m,通過的電流I=5.0A,方向如圖所示,導(dǎo)體棒和導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)。若使導(dǎo)體棒水平向右勻速運(yùn)動(dòng),要求軌道內(nèi)所加與導(dǎo)體棒ab垂直的勻強(qiáng)磁場最小,則所加磁場的方向與軌道平面的夾角是

A.30°B.45°C.60°D.90°

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

如圖所示是一種延時(shí)繼電器的示意圖,鐵芯上有兩個(gè)線圈A和B。當(dāng)S1閉合時(shí),電磁鐵將吸引銜鐵D,使觸頭C接通電路工作。  

(1)如果閉合S2,當(dāng)S1斷開時(shí),由于電磁感應(yīng)作用,要延遲一段時(shí)間,彈簧才將銜鐵D拉起使觸頭C斷開電路,這種延遲是由于線圈    (填“A”或“B”)的作用。
(2)如果斷開S2,當(dāng)S1斷開時(shí),則    (填“仍有”或“無”)延時(shí)作用。  

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

如圖所示電路,電感線圈L的自感系數(shù)足夠大,其直流電阻忽略不計(jì),LA、LB是兩個(gè)相同的燈泡,則(   )

A.S閉合瞬間.A、B同時(shí)亮,然后A逐漸變暗到熄滅,B變得更亮;S斷開瞬間,A亮一下才熄滅,B立即熄滅
B.S閉合瞬間,LA很亮,LB逐漸亮;S斷開瞬間,LA逐漸熄滅,LB立即熄滅
C.S閉合瞬間,LA、LB同時(shí)亮,然后LA熄滅,LB亮度不變;S斷開瞬間,LA亮一下才熄滅,LB立即熄滅;
D.S閉合瞬間,LA不亮,LB很亮;S斷開瞬間,LA、LB立即熄滅

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(20分)其同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)電測速裝置,工作原理如圖所示。一個(gè)半徑為R=0.1m的圓形金屬導(dǎo)軌固定在豎直平面上,一根長為R的金屬棒OA,A端與導(dǎo)軌接觸良好,O端固定在圓心處的轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸的左端有一個(gè)半徑為r=R/3的圓盤,圓盤和金屬棒能隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。圓盤上繞有不可伸長的細(xì)線,下端掛著一個(gè)質(zhì)量為m=0.5kg的鋁塊。在金屬導(dǎo)軌區(qū)域內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向右的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T。a點(diǎn)與導(dǎo)軌相連,b點(diǎn)通過電刷與O端相連。測量a、b兩點(diǎn)間的電勢差U可算得鋁塊速度。鋁塊由靜止釋放,下落h=0.3m時(shí),測得U=0.15V。(細(xì)線與圓盤間沒有滑動(dòng)國,金屬棒、導(dǎo)軌、導(dǎo)線及電刷的電阻均不計(jì),重力加速度g=10m/s2

(1)測U時(shí),a點(diǎn)相接的是電壓表的“正極”還是“負(fù)極”?
(2)求此時(shí)鋁塊的速度大小;
(3)求此下落過程中鋁塊機(jī)械能的損失。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(20分)如圖(a)所示,兩條間距為h的水平虛線之間存在方向水平向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小按圖(b)中B-t圖象變化(圖中Bo已知),F(xiàn)有一個(gè)“日”字形剛性金 屬,線框ABCDEF,它的質(zhì)量為m,EF中間接有一開關(guān)S,開關(guān)S閉合時(shí)三條水平邊框的電阻均為R,其余各邊電阻不計(jì)。AB=CD=EF=L,AD=DE=h。用兩根輕質(zhì)的絕緣細(xì)線把線框豎直懸掛住,AB邊恰好在磁場區(qū)域M1 N1和M2N2的正中間,開始開關(guān)S處于斷開狀態(tài)。t0(未知)時(shí)刻細(xì)線恰好松弛,此后閉合開關(guān)同時(shí)剪斷兩根細(xì)線,當(dāng)CD邊剛進(jìn)入磁場上邊界Mi Ni時(shí)線框恰好做勻速運(yùn)動(dòng)(空氣阻力不計(jì))。求:
(1)t0的值;
(2)線框EF邊剛離開磁場下邊界M2N2時(shí)的速度;
(3)從剪斷細(xì)線到線框EF邊離開磁場下邊界M2N2的過程中金屬線框中產(chǎn)生的焦耳熱。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

如圖所示(俯視),MN和PQ是兩根固定在同一水平面上的足夠長且電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌.兩導(dǎo)軌間距為L=0.2m,其間有一個(gè)方向垂直水平面豎直向下的勻強(qiáng)磁場B1=5.0T。導(dǎo)軌上NQ之間接一電阻R1=0.40,阻值為R2=0.10的金屬桿垂直導(dǎo)軌放置并與導(dǎo)軌始終保持良好接觸。兩導(dǎo)軌右端通過金屬導(dǎo)線分別與電容器C的兩極相連。電容器C緊靠著帶小孔a(只能容一個(gè)粒子通過)的固定絕緣彈性圓筒。圓筒內(nèi)壁光滑,筒內(nèi)有垂直水平面豎直向下的勻強(qiáng)磁場B2,O是圓筒的圓心,圓筒的內(nèi)半徑為r=0.40m。

(1)用一個(gè)大小恒為10N,平行于MN水平向左的外力F拉金屬桿,使桿從靜止開始向左運(yùn)動(dòng)求:當(dāng)金屬桿最終勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)桿的速度大。
(2)當(dāng)金屬桿處于(1)問中的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),電容器C內(nèi)緊靠極板且正對(duì)a孔的D處有一個(gè)帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)電容器C加速后從a孔垂直磁場B2并正對(duì)著圓心O進(jìn)入筒中,該帶電粒子與圓筒壁碰撞四次后恰好又從小孔a射出圓筒。已知粒子的比荷q/m=5×107(C/kg),該帶電粒子每次與筒壁發(fā)生碰撞時(shí)電量和能量都不損失,不計(jì)粒子重力和空氣阻力,則磁感應(yīng)強(qiáng)度B2多大(結(jié)果允許含有三角函數(shù)式)。

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(10分)如圖所示,abcd是一邊長為l的勻質(zhì)正方形導(dǎo)線框,總電阻為R,今使線框以恒定速度v水平向右穿過方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域.已知磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,磁場寬度為3l,求線框在進(jìn)入磁場區(qū)和穿出磁場區(qū)兩個(gè)過程中a b兩點(diǎn)間電勢差的大小.

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

(12分)如圖所示,兩光滑平行導(dǎo)軌的間距為L=2m,左端連接一阻值為R=40Ω的電阻;把該裝置垂直于磁場、放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.5T的勻強(qiáng)磁場中。在導(dǎo)軌上放一電阻為r=10Ω的導(dǎo)體棒,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好;若在一拉力F的作用下,導(dǎo)體棒以v=10m/s的速度勻速向右運(yùn)動(dòng),

求:(1)導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為多少?
(2)電路中的感應(yīng)電流多大?電路中電流的方向如何(順時(shí)針或逆時(shí)針)?
(3)拉力F的值為多大?

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同步練習(xí)冊(cè)答案